81. Замедлители схватывания и твердения тампонажных цементов (основные представители, дозировка, условия применения).

Замедлители схватывания и твердения. Для предупреждения преждевременного загустевания и схваты­вания в тампонажные растворы вводят замедлители схватыва­ния. Рекомендации по температурным условиям их применения приведены в табл. 25.3, а по назначению дозировок - в табл. 25.4.

При назначении замедлителей необходимо учитывать, что большинство из них одновременно являются замедлителями твердения, а также влияют на реологические и фильтрационные свойства тампонажных растворов.

Хромпик применяется, как правило, совместно с такими за­медлителями схватывания и понизителями водоотдачи, как СДБ, гипан, КМЦ, окзил, метас, СВК. Замедлители на основе гидролизованных соединений акриловой кислоты (гипан, К-4) при введении в портландцементные тампонажные растворы необходимо стабилизировать от коагуляции замедлителями растворения кальциевых солей, например кальцинированной содой. Для шлаковых цементов стабилизаторы не требуются.

При назначении замедлителей следует учитывать их совме­стимость с солевой средой тампонажного раствора, а также возможность потери или инверсии свойств при повышении или понижении температуры (например, фосфаты, мочевина).

82. Тампонажные растворы, затворенные на концентрированных растворах солей (типы солей, дозировка, способ приготовления).

Тампонажные растворы, затворенные на концентрированных растворах солей. Значительная часть месторождений нефти и газа приурочена к подсолевым и межсолевым отложениям. Бурение и крепление глубоких скважин в солевых отложениях до настоящего вре­мени связаны с трудностями. К наиболее часто встречающимся минералам относятся галит (NaCl), сильвин (КС1), бишофит (MgCl₂·6H₂O), карналлит (КС1-MgCl₂·6Н₂О). Солевые отло­жения, имеющие различные физико-химические и механические свойства, при бурении подвержены интенсивным кавернообразованиям. Различные концентрации солей в растворах по-разному влияют на изменение свойств тампонажных растворов. Напри­мер, насыщение промывочной жидкости хлористым магнием значительно уменьшает темп кавернообразования.

Считают установленным, что одна из основных причин нека­чественного цементирования скважин в соленосных отложе­ниях - растворение соли цементным раствором, в результате чего между стенкой скважины (представленной солями) и тампонажным раствором образуется зазор, заполненный раствором солей. В зоне контакта цементный раствор не схватывается вследствие большого разбавления раствором солей. Чтобы пред­отвратить (или снизить) растворение солей, применяют тампонажные растворы, жидкость затворения которых специально на­сыщена солями. Такие тампонажные растворы препятствуют за­метному изменению их свойств при попадании в них солей. Это приводит в зависимости от природы и концентрации солей к ус­корению или замедлению сроков схватывания и загустевания тампонажных растворов. При попадании солей в растворы свой­ства их изменяются и при наличии в них различных наполните­лей. Тампонажные растворы, насыщенные солью, в большинстве своем совместимы с обычно применяемыми добавками.

Значительное преимущество тампонажных растворов, содер­жащих соли, – улучшение их реологических свойств. Добавки соли в большинство тампонажных растворов при определенных условиях в количествах, необходимых для насыщения ею воды затворения, значительно снижают консистенцию цементного ра­створа и критическую скорость его закачки, от которой в значи­тельной степени зависит полнота вытеснения глинистого ра­створа. Эффект усиливается при добавлении соли к тампонаж-ным растворам, содержащим бентонит. Солевая обработка тампонажных растворов существенно изменяет свойства тампонажного камня в агрессивных средах, представленных минера­лизованными водами.

С повышением температуры растворимость солей возрастает. Смеси солей различного состава имеют отличную от приведен­ной выше растворимость. Ангидриды растворяются в воде плохо (до 2%). Растворяющее воздействие цементного солевого ра­створа на солевые стенки скважины значительно меньше, чем воды. Попытки количественно оценить растворимость солей це­ментным раствором в скважине сопряжены с трудностями, ко­торые объясняются неравномерностью солевых составов кернов. Кроме того, растворимость зависит от состава и свойств тампонажного раствора.

Количество соли, растворенной с поверхности образцов, за­висит не только от времени соприкосновения образцов с твер­деющим цементным раствором, но и от структурно-механиче­ских свойств цементного раствора. С увеличением скорости структурообразования тампонажного раствора вследствие более быстрого связывания воды количество соли, растворяемой с по­верхности, снижается.

При неполном насыщении фильтрата цементного раствора после окончания закачки его в затрубное пространство в стати­ческом состоянии стенки скважины растворяются менее интен­сивно; растворение продолжается до насыщения прилегающего к солевым стенкам слоя цементного раствора. Диффузионный обмен в вязкопластичной массе затрудняется. С увеличением прочности структуры растворение уменьшается, а обмен про­должается в контактной зоне между цементным тестом и соле­выми породами.

Для установления количества соли, необходимого для полу­чения насыщенного раствора при разных температурах и давле­ниях, следует ориентироваться на экспериментальные работы с учетом конкретных условий. Наибольшее растворение соли наблюдалось в цементном растворе без добавок соли; с увели­чением содержания соли растворение уменьшается.

Приготовление засоленных тампонажных растворов

Учет причин осложнений и технологических особенностей, связанных с естественной и искусственной минерализацией там­понажных растворов, а также многочисленные научно-исследо­вательские работы позволили сформулировать следующие ус­ловия успешного проведения процесса цементирования и повы­шения качества разобщения пластов в соленосных отло­жениях.

1. Применение тампонажных растворов, содержащих соли и имеющих необходимые свойства.

2. Оптимальный режим вытеснения бурового раствора из скважины.

3. Предотвращение смешения бурового и тампонажного рас­творов в скважине.

Подбор рецептуры тампонажного раствора и количества вво­димых солей определяется интенсивностью растворения солевых отложений, температурой и давлением. Важное значение имеют непроницаемость и долговечность тампонажного камня и зоны контакта тампонажный камень – солевые отложения.

Соотношение компонентов тампонажной смеси зависит от заданного насыщения (пересыщения), достигнутой концентра­ции соли в водном растворе для затворения и необходимого водоцементного отношения. Во всех случаях при затворении це­мента на засоленной воде плотность раствора существенно по­вышается.

Соли можно вводить в тампонажные растворы следующим образом.

Растворять в воде затворения до ее насыщения. В некоторых случаях применяют пересыщенные растворы, искусственные или естественные рассолы. На принятом водном растворе соли затворяется цемент.

Перемешивать тампонажный цемент с сухой солью (в виде порошка) в заданном количестве с последующим затворением смеси водой.

Затворять на воде, в которой предварительно растворено определенное количество соли, смесь тампонажного цемента с солью.

При температурах, близких к 22 °С, добавки примерно 5% хлористого натрия способствуют ускорению процесса структурообразования в цементных растворах. Увеличение количества добавляемой в раствор соли приводит к замедлению процессов структурообразования. Точная дозировка NaCl, с которой про­цесс структурообразования раствора начинает замедляться, за­висит от химико-минералогического состава цемента, он всегда несколько колеблется даже для цементов одного и того же за­вода. Поэтому считают, что поваренная соль ускоряет сроки схватывания цементного раствора из портландцемента при тем­пературе 22 °С, когда ее количество не превышает ориентиро­вочно 5 % массы цемента. Водный раствор соли считается на­сыщенным, когда в нем растворено 26,4 % NaCl.

Добавки NaCl более 20 % по массе заметно не влияют на ус­корение процессов структурообразования в цементных раство­рах, т. е. скорость структурообразования растворов при дози­ровке соли 20 % и более практически одинакова. Дальнейшее увеличение количества поваренной соли способствует сниже­нию механической прочности цементного камня через 1-2 сут твердения. Определение времени загустевания на консистометре растворов с пересыщением NaCl показало, что при температу­рах 130-150 °С и давлениях 40-70 МПа наиболее эффективен замедлитель ВКК в количестве 0,5-1 %. Рост структуры на­чинается быстро и приводит к образованию непрокачиваемых растворов через 1,5-2ч после затворения цемента.

При добавке до 5-8 % поваренной соли одно- и двухсуточ­ная прочность цементного камня, твердевшего при 20-50 °С, увеличивается. Добавка карналлита (КС1·MgCl·6H₂О) до 10- 30 % повышает механическую прочность цементного камня.

Насыщение водного раствора карналлита наступает при введении 30 % соли. С увеличением концентрации карналлита возрастает плотность воды. Пои концентрациях этой соли в це­ментном растворе около 30 % образуется нетекучая масса. Структурообразование цементных растворов даже с частичным засолонением их карналлитом настолько интенсивно повыша­ется, что растворы быстро загустевают. Эффект действия кар­наллита возрастает с увеличением дозировки и температуры.

Применение засоленных тампонажных растворов при повы­шенных температурах иногда затруднено вследствие ускорен­ного их структурообразования и потери подвижности. Для по­добных случаев следует подбирать замедлители структурообра­зования (сроков схватывания) тампонажных растворов.

Установлено, что ССБ и КССБ более интенсивно вспенивают засоленные тампонажные растворы, чем растворы, изготовлен­ные с использованием пресной воды. Для обработки засоленных тампонажных растворов можно применять КМЦ и гипан, од­нако они способствуют понижению растекаемости растворов. Эффективно использование виннокаменной кислоты (ВКК), борной кислоты (БК) при температурах более 100°С и высоких давлениях. Эти же реагенты эффективно замедляют процессы структурообразования цементных растворов, содержащих повы­шенные количества карналлита.